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Anordnung für die direkte Flüssigkeitskühlung der aus Hohlleitern
bestehenden Rotorwicklung eines Turbogenerators mit fliegenden Wickelkopfkappen
Die Erfindung bezieht sich auf die unmittelbare Kühlung der Rotorwicklung eines
Turbogenerators mittels einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser.
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Bei Kühlanordnungen dieser Art, wo die Kühlflüssigkeit durch die Hohlleiter
der Wicklung strömt, erfolgt die Zu- und Abfuhr der Flüssigkeit über axiale Kanäle
im Rotorkörper, die ihrerseits über radiale Bohrungen und flexible Rohrleitungen
mit den Wicklungshohlleitern in Verbindung stehen.
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Da die Unterbringung der erforderlichen Rohrverbindungen für die vielen
Rohrleitungen in den ringförmigen Wickelkopfräumen, die durch Rotorkappen abgeschlossen
werden, schon aus räumlichen Gründen auf Schwierigkeiten stößt und außerdem eine
Überprüfung der Verbindungen sehr erschwert, ist es bereits bekanntgeworden (deutsche
Auslegeschrift 1117 211), die verschiedenen Gruppen von Rohrverbindungen
außerhalb der Wickelkopfräume anzuordnen. Der Nachteil dieser Anordnung besteht
darin, daß die verhältnismäßig große Anzahl radialer Bohrungen in den Wellenenden
des Rotors, die notwendig sind, um die Verbindung zwischen den axialen Rotorkanälen
und den Rohrleitungen herzustellen, eine unzulässige Beeinträchtigung der mechanischen
Festigkeit der Rotorwelle zur Folge haben.
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Die britische Patentschrift 911170 zeigt eine Kühlanordnung
für die Rotorwicklung eines Generators, wo die Kühlflüssigkeit über Verteilkammern,
die fest auf der Rotorwelle angeordnet sind, der Wicklung zu- und abgeführt wird.
Die axialen Kanäle bzw. Rohrleitungen zur einzelnen Speisung der Spulen sind im
Wellenende untergebracht und fest mit dieser verbunden. Die relativen Schwingungen
zwischen der Rotorwelle und den Wickelköpfen, die zwangläufig auftreten, haben hier
einen sehr ungünstigen Einfluß auf die Verbindungsleitungen und Verteilkammern.
Abgesehen von diesem Nachteil, hat diese Ausführungsform zur Folge, daß die Rotorwelle
durch eine Vielzahl von axialen Kanälen sehr geschwächt wird.
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Bei einer weiteren bekannten Kühlanordnung (USA.-Patentschrift 3 075104)
befinden sich die Verteilkammern ebenfalls fest auf der Welle. Die Zuleitungen zu
den einzelnen Spulen sind in der Welle verlegt. Der Anschluß an die Wicklung befindet
sich in einem aus der Welle herausragenden und mit ihr fest verbundenen Kragen durch
den die Wicklung in dem Bereich der Polzone fest mit der Welle verbunden ist und
folglich mit ihr schwingt. In diesem Bereich befinden sich die Wasserzuleitungen
zu den Spulen. Der Nachteil dieser Anordnung liegt darin, daß in dem Bereich des
Kragens in der Polzone die Wicklung auf dem Schwingungsniveau der Welle liegt, in
dem Bereich außerhalb dieses Kragens aber auf dem Schwingungsniveau der fliegenden
Kappe. Dadurch werden die Kupferleiter durch Schwingungen beansprucht, die mit der
Dauer zu Ermüdungsbrüchen führen können. Außerdem ist die Zugänglichkeit zu den
verschiedenen Verbindungen sehr schlecht.
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Der Zweck der Erfindung ist, nunmehr eine Anordnung zu schaffen für
die direkte Flüssigkeitskühlung der aus Hohlleitern bestehenden Rotorwicklung eines
mit fliegenden Wickelkopfkappen versehenen Turbogenerators, bei der die Hohlleiter
der Rotorwicklung über starre Rohrleitungen mit außerhalb der Wickelkopfkappen angeordneten
Verteilkammern für die Zu- und Abfuhr der Kühlflüssigkeit in Verbindung stehen und
bei der die Verteilkammern über Rohranschlüsse mit im Rotorkörper vorgesehenen axialen
Kanälen verbunden sind, die die erwähnten Nachteile der bisherigen Kühlsysterne
vermeidet. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Verteilkammern
an der Außenseite des Zentrierringes der Wickelkopfkappe befestigt sind und die
die Verteilkammern mit den im Rotorkörper vorgesehenen axialen Kanälen verbindenden
Rohranschlüsse flexibel ausgeführt sind.
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An Hand der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Anordnung näher erläutert, und zwar zeigen
F i g. 1 und 2 je den
Teillängsschnitt des Rotorendes eines Turbogenerators.
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In der F i g. 1 bedeutet 1 den Rotorkörper und 2 die Rotorwelle, während
die aus Hohlleitern gebildeten Wickelköpfe der flüssigkeitsgekühlten Rotorwicklung
mit 3 bezeichnet sind. Zum Halten der Wickelköpfe 3 ist das Rotorende mit einer
fliegenden Wickelkopfkappe versehen, die an sich in bekannter Weise aus einem Ring
4 besteht, die einerseits auf dem Rotorkörper 1 aufgeschrumpft ist und andererseits
durch einen Schrumpfsitz mit einem Zentrierring 5 fest verbunden ist. Zwischen der
Bohrung des Zentrierringes und der Rotorwelle 2 ist ein Spiel vorhanden.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 ist angenommen, daß es sich
um einen Turbogenerator handelt, wo jeweils in an sich bekannter Weise eine ungerade
Zahl von hydraulisch in Reihe geschalteten Halbwindungen von der Kühlflüssigkeit
durchflossen werden. In diesem Fall wird auf der Außenseite des Zentnerringes 5
eine ringförmige Verteilkammer 6 angeordnet, die für die Zufuhr der Kühlflüssigkeit
zu den Hohlleitern dient. Diese Zufuhr- bzw. Verteilkammer 6 ist über Rohrleitungen
7, beispielsweise aus rostfreiem Stahl mit dem Hohlleiter der Wickelköpfe 3 verbunden,
wobei der Einfachheit halber nur eine solche Rohrleitung in der Figur dargestellt
ist. Gleichzeitig ist die Zufuhrkammer 6 über eine geringe Anzahl flexibler Rohrleitungen
bzw. Anschlüsse 8 und entsprechende radiale Bohrungen 9 im Wellenteil mit
einem axialen Zufuhrkanal in der Rotorwelle verbunden. Die Kammer 6 ist am äußeren
Umfang mit einer Anzahl abschließbarer Öffnungen versehen, so daß Leitungsanschlüsse
innerhalb der Kammer ohne weiteres zugänglich sind.
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Für die Abfuhr der Kühlflüssigkeit ist in analoger Weise auf dem Zentrierring
der Rotorkappe am anderen Ende des Rotors eine zweite Verteilkammer vorgesehen,
die als Abfuhrkammer für die aus der Rotorwicklung austretende Kühlflüssigkeit dient
und in gleicher Weise mit den Wickelköpfen einerseits und einem axialen Abfuhrkanal
in der Rotorwelle andererseits in Verbindung steht.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 handelt es sich um eine Rotorwicklung,
wo in an sich bekannter Weise die Zu- und Abfuhr der Kühlflüssigkeit am gleichen
Rotorende erfolgt, d. h., es ist stets eine ganze Zahl von Windungen der Rotorwicklung
hydraulisch in Reihe geschaltet.
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In F i g. 2 sind die gleichen Elemente wie in der F i g. 1 mit den
gleichen Bezugsnummern bezeichnet. Auf der Außenseite des Zentrierringes 5 sind
in diesem Fall zwei Verteilkammern vorgesehen, wovon die eine, 10, als Zufuhrkammer
und die andere, 11, als Abfuhrkammer für die Kühlflüssigkeit dient. Die Zufuhrkammer
10 ist einerseits über Rohrleitungen 12 mit den Hohlleitern der Wickelköpfe
3 und andererseits über flexible Rohrverbindungen 13 und radiale Bohrungen
14 in der Rotorwelle mit einem axialen Zufuhrkanal in der Welle verbunden. Nachdem
die Kühlflüssigkeit die Wicklung durchflossen hat, erfolgt der Abfluß der Flüssigkeit
über die Rohrleitungen 15 zur Abfuhrkammer 11 und von dort über flexible
Rohrverbindungen bzw. Anschlüsse 16 und radiale Bohrungen 17 und einen nicht dargestellten
axialen Abflußkanal in der Rotorwelle 2.
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Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung gewisse Abweichungen
von den dargestellten Ausführungsbeispielen möglich. Beispielsweise können die Zu-
bzw. Abfuhrkammern auch auf der Innenseite des Zentrierringes der Rotorkappe angeordnet
werden.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt in erster Linie
darin, daß die Verteilkammern auf dem gleichen Schwingungsniveau wie die Wicklung
liegen. Die Zuleitungen von der Verteilkammer zur Wicklung werden durch keine Schwingungen
beansprucht, ebensowenig die Wicklung. Für die Verbindung zwischen den Verteilkammern
und den axialen Kanälen in der Rotorwelle ist nur eine ganz geringe Zahl von flexiblen
Rohranschlüssen erforderlich, so daß unerwünschte radiale Bohrungen in der Welle
auf ein Minimum beschränkt werden.